Karbonatisierung bezeichnet bei Kalk die Reaktion von Calciumhydroxid mit Kohlendioxid aus der Luft zu Calciumcarbonat. Dieser Vorgang ist entscheidend für die Erhärtung von Luftkalk und natürlich hydraulischem Kalk (NHL).

Vereinfacht lässt sich die Reaktion so darstellen:

Calciumhydroxid + Kohlendioxid → Calciumcarbonat + Wasser

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O

Der beim Kalklöschen entstandene gelöschte Kalk wird dadurch wieder zu Calciumcarbonat, also chemisch zu dem Stoff, aus dem der ursprüngliche Kalkstein im Wesentlichen bestand.

Für eine gute Karbonatisierung benötigt Kalk Kohlendioxid und geeignete Feuchtigkeitsbedingungen. Trocknet ein Kalkputz oder Kalkanstrich zu schnell aus, kann die Karbonatisierung beeinträchtigt werden.

Bei natürlich hydraulischem Kalk (NHL) laufen neben der Karbonatisierung der freien Kalkanteile zusätzlich hydraulische Reaktionen ab.